教案(工程力学)

授课班级：10道桥1班、10道桥2班、10道桥3班、10道桥4班教学课题：绪论第一节工程力学的研究对象第二节工程力学的研究内容和任务第三节刚体、变形体及其基本假定第四节荷载的分类与组合第五节结构计算简图教学目的及要求：1、了解工程力学的研究对象、内容和任务，荷载的分类与组合，结构计算简图的概念和确定计算简图的原则2、初步掌握强度、刚度和稳定性的概念3、掌握刚体、变形固体的概念及变形固体的基本假设4、掌握杆件的几何特征、刚结点和铰结点的特征教学重点：1、刚体、变形固体的概念及变形固体的基本假设1、结构简化的几个方面2、平面杆件结构的分类教学难点：支座的简化及其受力情况分析教学方法：理论讲授，图示法，教具：计算机多媒体作业：1、四种类型的支座（可动铰支座、固定铰支座、固定端支座、定向支座）简化及其受力情况分析图2、五类平面杆件结构（梁、拱、桁架、刚架、组合结构）的简化图教学过程及内容：绪论第一节工程力学的研究对象一、工程力学的研究对象结构——建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。构件——组成结构中的单个部分。（1）杆件结构（2）板、壳结构（3）块体结构二、杆件的几何特征1、主要几何要素：横截面：是垂直杆的长度的截面。轴线：是所有截面形心的连线。2、分为直杆和曲杆第二节工程力学的研究内容和任务一、工程力学的任务1、研究材料的力学性能2、研究构件的强度、刚度和稳定性等3、合理解决安全与经济之间的矛盾构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。二、对构件的三项基本要求1、具有足够的强度（结构和构件抵抗破坏的能力）构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。例如储气罐不应爆破。（破坏——断裂或变形过量不能恢复）2、具有足够的刚度（结构和构件抵抗变形的能力）构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。3、满足稳定性要求（结构或构件保持原有平衡状态的能力）构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。例如柱子不能弯等。三、工程力学的研究内容1、工程静力学2、杆件的承载能力计算3、结构的内力分析4、结构的计算机分析方法第三节刚体、变形体及其基本假定一、刚体：是在外力作用下形状和尺寸都不改变的物体。二、理想变形体假设1、连续均匀假设2、各向同性假设三、工程力学中把所研究的结构和构件作为连续、均匀、各向同性的理想变形体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力。第四节荷载的分类与组合一、按荷载作用性质分：可分为静力荷载和动力荷载。静力荷载:指其大小、方向不随时间而改变或改变得很缓慢，以致在结构分析中可以略去其惯性力。动力荷载:指大小、方向都可随时间而变的荷载。温度变化、支座移动、材料收缩也可能使结构产生内力和变形，从广义上说，都可称为荷载。二、通常分为：主要荷载、附加荷载、特殊荷载。1、主要荷载2、主要荷载+附加荷载3、主要荷载+附加荷载+特殊荷载第五节结构计算简图结构计算简图-----将实际结构按一定的原则进行简化，使它成为既能反映原结构实际工作状态的主要特征，又便于结构分析的计算模型。一、简化原则1、尽可能正确地反映结构的实际工作状态2、尽可能使结构分析计算得到简化二、结构简化的几个方面1、杆件的简化2、支座的简化3、结点的简化4、荷载的简化三、平面杆件结构的分类梁、拱、刚架、桁架、组合结构四、结构简化举例单层工业厂房：小结：1、建筑力学的研究对象—杆件和杆第结构（平面）2、工程力学中把所研究的结构和构件作为连续、均匀、各向同性的理想变形体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力3、荷载的分类4、结构简化的几个方面5、平面杆件结构的分类授课班级：09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班教学课题：第一章工程力学基础第一节工程力学基本概念第二节静力学基本原理教学目的及要求：1、掌握力、力系、刚体、平衡的概念2、掌握静力学基本原理教学重点：1、二力平衡原理1、力的平衡四边形法则2、作用力与反作用力定律教学难点：三力平衡汇交定理教学方法：理论讲授，图示法，教具：计算机多媒体作业：教学过程及内容：复习旧课，引入新课：第一章工程力学基础第一节工程力学基本概念一、力的概念1、定义：力是物体间相互的机械作用2、力的效应：（1）运动效应（2）变形效应3、力的三要素：大小、方向、作用点4、力的单位：N/kN5、力的表示：用一个有向线段来表示二、力系的概念：指作用在物体上的一群力三、刚体的概念：指在力的作用下大小和形状都不变的物体四、平衡的概念：指物体相对于惯性参考系保持静止或做匀速直线运动的状态第二节静力学基本原理一、原理1：二力平衡原理1、作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用线相同(简称这两个力等值、反向、共线)。2、二力杆：在两个力的作用下保持平衡的构件称为二力构件，简称二力杆。二、原理2：加减平衡力系原理1、在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应2、推论1：力的可传性作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点，而不改变该力对刚体的作用效应。三、原理3：力的平行四边形法则1、如果用表示两个共点力F1和F2的有向线段为邻边作平行四边形，那么，合力F的大小和方向都可以用这两个邻边之间的对角线表示出来，这就叫做力的平行四边形法则2、推论2：三力平衡汇交定理刚体受三力平衡，若其中二力相交，则三力共面，且汇交于一点。四、作用力和反作用力定律两个物体间的作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、沿同一直线，并分别作用在这两个物体上。五、原理5：刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。课堂小结：1、力、力系、刚体、平衡的概念2、静力学基本原理：二力平衡原理、加减平衡力系原理、力的平行四边形法则、作用力和反作用力定律、刚化原理3、两个推论：力的可传性、三力平衡汇交定理授课班级：09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班教学课题：第一章工程力学基础第三节约束与约束反力第四节物体的受力分析与受力图教学目的及要求：1、掌握约束、约束反力的概念2、掌握常见的约束类型的性质、计算简图、约束反力并能熟练的应用3、正确的绘制物体的受力图教学重点：1、常见的约束类型的性质、计算简图、约束反力并能熟练的应用2、绘制物体的受力图教学难点：物体受力图的绘制教学方法：理论讲授，图示法，举例法教具：计算机多媒体作业：教材P27：1-1（b）(d)(f)(h)、1-2（a）(d)(f)、1-3、1-4教学过程及内容：复习旧课，引入新课：第一章工程力学基础第三节约束与约束反力一、约束：限制非自由体运动的周围物体称为该非自由体的约束。二、约束反力由约束引起的沿约束方向阻止物体运动的力称为约束反力。约束反力的方向总是与被约束物体的运动方向或运动趋势的方向相反。约束反力的作用点就在约束与被约束物体的接触处。三、约束与约束反力1、柔性约束（绳索、皮带、链条等）2、光滑面（线、点）约束3、光滑圆柱铰链约束4、固定铰支座约束5、可动铰支座约束6、链杆约束7、固定（嵌入）端约束8、滑移支座（定向约束）第四节物体的受力分析与受力图一、画受力图的步骤1、选取研究对象2、画分离体把受的主动力3、画约束力二、画受力图的注意点1、必须明确研究对象2、正确确定研究对象受力的个数3、要根据约束的类型分析约束反力4、在分析物体系统受力时应注意三点：教材P20课堂小结：1、约束、约束反力的概念2、常见的约束类型的性质、计算简图、约束反力并能熟练的应用3、绘制物体的受力图授课班级：09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班教学课题：第一章工程力学基础第五节力在坐标轴上的投影第六节力矩和力偶第七节力的平移教学目的及要求：1、掌握力矩和力偶概念、力的平移定理2、熟练掌握力在坐标轴上的投影、力矩计算、力偶的性质教学重点：1、力矩在坐标轴上的投影2、力矩计算、力偶性质教学难点：力的平移定理教学方法：理论讲授，图示法，举例法教具：计算机多媒体作业：教材P29：1-6、1-7(b)(e)(f)、1-8教学过程及内容：复习旧课，引入新课：第一章工程力学基础第五节力在坐标轴上的投影一、力在平面直角坐标轴上的投影二、合力投影定理合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上的投影的代数和。第六节力矩和力偶一、力对点之矩力使物体绕某点转动的力学效应，称为力对该点之矩。力F对O点之矩定义为：力的大小F与力臂d的乘积冠以适当的正负号，以符号Mo(F)表示，记为:Mo(F)＝±Fd通常规定：力使物体绕矩心逆时针方向转动时，力矩为正，反之为负。在国际单位制中，力矩的单位是牛顿•米（N•m）或千牛顿•米（kN•m）。二、合力矩定理平面汇交力系的合力对其平面内任一点的矩等于所有各分力对同一点之矩的代sincosFYFXOyxABFFxFyabXXb1a1YY数和。三、力偶及其性质1、力偶在力学中把这样一对等值、反向而不共线的平行力称为力偶，用符号(F,F′)表示。两个力作用线之间的垂直距离称为力偶臂，两个力作用线所决定的平面称为力偶的作用面。2、力偶矩作为力偶对物体转动效应的量度，称为力偶矩，用m或m(F,F′)表示。在平面问题中，将力偶中的一个力的大小和力偶臂的乘积冠以正负号通常规定：力偶使物体逆时针方向转动时，力偶矩为正，反之为负。在国际单位制中，力矩的单位是牛顿•米（N•m）或千牛顿•米（kN•m）。3、力偶的性质力和力偶是静力学中两个基本要素。力偶与力具有不同的性质：（1）力偶不能简化为一个力，即力偶不能与一个力等效，也不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡；（2）力偶不对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关；（3）作用在同一平面内的两个力偶，若两者力偶矩大小相等，转向相同，刚两力偶等效。由力偶的等效性质可以得到以下两个推论：推论1：力偶对刚体的作用效应与力偶在其作用平面内的位置无关。推论2：只要保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可以从一个平面移至另一个与之平行的平面，而不改变力偶对刚体的作用效应。第七节力的平移作用在刚体上的力F可以平行移动到任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点的矩。力的平移定理只适用于刚体，而不适用于变形体，并且力只能在同一刚体上平行移动。课堂小结：1、力在坐标轴上的投影2、力矩和力偶概念、力矩计算、力偶的性质。3、力的平移定理本章小结：授课班级：09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班教学课题：第二章力系的简化第一节力系等效与简化的概念第二节平面汇交力系的简化教学目的及要求：1、掌握力系的主矢与主矩、等效和简化的概念2、了解平面汇交力系的简化计算教学重点：1、力系的主矢与主矩、等效和简化的概念2、平面汇交力系的简化计算教学难点：平面汇交力系的简化计算教学方法：理论讲授，图示法，举例法教具：计算机多媒体作业：教材P38：2-1、2-2教学过程及内容：复习旧课，引入新课：第二章力系的简化第一节力系等效与简化的概念一、力系的主矢与主矩由任意多个力所组成的力系中所有力的矢量和，称为力系的主矢量，简称为主矢。力系中所有力对于同一点之矩的矢量和，称为力系对这一点的主矩。二、等效的概念如果两个力系的主矢和主矩分别对应相等，两者对于同一刚体就会产生相同的运动效应，因而称这两个力系为等效力系。三、简化的概念就是将由若干个力和力偶所组成的力系，变为一个力或一个力偶，或者一个力与一个力偶的简单而等效的情形。这一过程称为力系的简化。第二节平面汇交力系的简化合力FR的大小和方向：222211tannnRRxRyixiyiiRyRxFFFFFFF例2-1（教材P33）课堂小结：1、力系的主矢与主矩、等效和简化的概念2、平面汇交力系的简化计算授课班级：09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班教学课题：第二章力系的简化第三节平面力偶系的简化第四节平面一般力系的简化教学目的及要求